ما هي الإنثالبية أو المحتوى الحراري للجملة

الرئيسية » لبيبة » فيزياء » ترموديناميك » ما هي الإنثالبية أو المحتوى الحراري للجملة
الإنثالبية

يعتبر علم الديناميك الحراري الذي يدرس الإنثالبية فيما يدرس، فرعًا من فروع الفيزياء ويتخصص بمناقشة العلاقة بين الحرارة من جهةٍ ومختلف أشكال الطاقة من جهةٍ ثانيةٍ. على وجه الخصوص، يصف كيف يتم تحويل الطاقة الحرارية من وإلى أشكال الطاقة الأخرى وكيف تؤثر على المادة، ويتم التعبير عن أساسيات هذا العلم من خلال أربعة قوانين رئيسية.

ينص القانون الأول في علم الديناميك الحراري على أن الحرارة هي شكلٌ من أشكال الطاقة، وبالتالي فإن العمليات الديناميكية الحرارية تخضع لمبدأ حفظ الطاقة؛ أي أنه لا يمكن الحصول على الطاقة الحرارية من العدم بل يمكن نقلها من مكانٍ إلى آخر أو تحويلها لشكلٍ مختلفٍ من الطاقة.1

ما هي الإنثالبية

الإنثالبية ورمزها H في علم الديناميك الحراري، تعني مقدار الطاقة الحرارية الناتجة في نظامٍ كيميائيٍّ أو فيزيائيٍّ، كما يمكن تعريفها بأنها مقياسٌ لكامل الطاقة في نظامٍ ما وطريقةٌ لتسهيل فهم وشرح كيفية انتقال الطاقة بين النظم المختلفة. ويعتبر قياس الإنتالببي الكاملة لنظامٍ ما صعبًا، لذلك يُعتمد على التغير في الانثالبية عند قياس الطاقة في تفاعلٍ كيميائيٍّ، كما يقتصر استخدام الإنثالبية على قياس كمية الحرارة باعتبار أغلب التفاعلات الكيميائية تجري في ظروف ضغطٍ ثابتةٍ وتعتمد قيمتها على نتائج التفاعل وتراكيز المواد المتفاعلة.2

أهمية الإنثالبية

  • قياس التغير في الإنثالبي يسمح بمعرفة ما إذا كان التفاعل ماصًا للحرارة، وعندها يكون التغير في الإنثالبية موجبًا أو ناشرًا للحرارة ليكون التغيير في الإنثالبية سالبًا.

  • تستخدم لحساب حرارة التفاعل الناتجة عن عمليةٍ كيميائيةٍ أو المستهلك فيها.
  • التغير في الإنثالبية يساعد في تعقب مسار الحرارة في عملية قياس كمية الحرارة الناتجة عن التفاعل الكيميائي.
  • حساب أقل طاقة ممكنة نتمكن من خلالها من صنع ضاغط (هواء-وقود-غاز).

  • التغير في الإنثالبية يحصل أثناء حدوث التغير في طبيعة المادة.3

التغير في الإنثالبية

التغير في الإنثالبية هو كمية الطاقة التي تُمتص أو تنشر أثناء حدوث التفاعل الكيميائي في حال حدوث التفاعل في ضغطٍ ثابتٍ. تختلف طريقة حساب هذا التغير باختلاف الحالة واختلاف المعلومات المتوفرة، ولكن في أغلب الحالات يكون قانون هيس هو المرجع الأول للمعلومات اللازمة، مع العلم ان توفر إنثالبية المكونات والتفاعلات يسهل بشكلٍ كبيرٍ عملية الحساب.4

حساب الإنثالبية والتغير في الإنثالبية :

التعريف الدقيق للإنثالبية H هو مجموع الطاقة الداخلية U مع حاصل ضرب الضغط P بالحجم V

H = U + VP

فيكون عندها التغير في الإنثالبية H∆ يساوي التغير في الطاقة الداخلية مضافًا إليه حاصل ضرب التغير في الحجم والضغط.

H = ∆U + ∆P∆V∆

الرمز ∆ يعني التغير في المقدار، وباعتبار أن الضغط يكون ثابتًا تتحول المعادلة السابقة إلى الشكل التالي:

H = ∆U + P∆V∆

ولكن عند ثبات الضغط يصبح التغير في الإنثالبية مساويًّا لمقدار الحرارة المنقولة q.

إذا كانت قيمة q موجبةً فهذا يعني أن التفاعل ماصٌ للحرارة أي أنه يسحب الحرارة من جواره.

إذا كانت قيمة q سالبةً فهذا يعني أن التفاعل ناشرٌ للحرارة أي أنه يعطي حرارة لمحيطه.

أنواع التغير في الإنثالبية

يختلف التغير في الانثالبية باختلاف طبيعية التفاعل مثل:

حرارة التكوين

يحدث التغير في الانثالبية هنا عندما يتشكل جزيءٌ واحدٌ من المادة من مكوناته ويكون رمزه ΔHf، ومثال عنه تشكل كبريتيد الحديد الثنائي من عناصره البسيطة في المعادلة:

Fe(s) + S(s) → FeS(s)              ΔHf = -24.0 kcal

حرارة الاحتراق

يحصل التغير في هذه الحالة عندما يتم حرق جزيءٌ من المادة بشكلٍ كاملٍ، ويدخل في هذا الاحتراق هواء أو أوكسجين ويرمز للتغير بالرمز ΔHc. مثال عنه احتراق غاز الميثان بالمعادلة:

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)              ΔHc = -21.0 kcal

حرارة التعديل

التغيير الذي يحدث عندما تتم معادلة ما يكافئ غرام واحد من الحمض مع ما يكافئ غرام واحد من الأساس في محلولٍ مخففٍ. ومثال على ذلك حرارة التعديل الناتجة عن تفاعل أسيد النيتريك مع هيدروكسيد الصوديوم في المعادلة:

HNO3(aq) + NaOH(aq) → NaNO3(aq) + H2O(l)              ΔH = -13.69 kcal

حرارة الإحلال

يحدث التغير في الانثالبية هنا عندما نقوم بحل جزيء من المادة في كميةٍ محددةٍ من محلولٍ في درجة حرارة محددة. ومثال على ذلك إحلال كبريتات المغنيسيوم في الماء من خلال المعادلة:5

MgSO4(s) + H2O(l) → MgSO4(aq)              ΔH = -20.28 kcal

المراجع